邊坡植被防護(hù)研究綜述

王卓琦 顧蔚文 施擁軍

0 引言

在我國(guó),傳統(tǒng)邊坡防護(hù)措施主要為純工程的防護(hù)形式,如漿砌片石、噴射混凝土等,這些防護(hù)形式雖然能夠起到穩(wěn)定邊坡、防止水土流失的作用,但其缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的。首先,地貌破壞,植被難以恢復(fù):純工程防護(hù)形式,完全封閉了植物生長(zhǎng)的環(huán)境,使得由于高速公路建設(shè)而遭破壞的自然植被永久不能恢復(fù)。其次,大量石料的應(yīng)用造成成本高昂,并且其防護(hù)效果隨時(shí)間的推移逐漸降低,無(wú)自我更新能力,若干年后必須更換,對(duì)行車和環(huán)境造成很大的干擾。再次,道路景觀效果較差,噪聲大,大量裸露的巖石和混凝土視覺(jué)效果非常差,也不利于吸收陽(yáng)光和汽車尾氣及噪聲,這與高速公路快捷、舒適的特點(diǎn)很不適應(yīng),從而在一定程度上也對(duì)行車安全帶來(lái)不利影響。

國(guó)家大規(guī)模公路、鐵路、水電等基礎(chǔ)建設(shè),導(dǎo)致出現(xiàn)了大量裸露的巖石邊坡,產(chǎn)生了嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象,既破壞了生態(tài)環(huán)境,又嚴(yán)重危及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的安全。因而,項(xiàng)目開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)兼顧成了可持續(xù)發(fā)展的重大課題。如何篩選適宜的護(hù)坡植物成為巖石邊坡植被恢復(fù)亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題和焦點(diǎn)問(wèn)題。

1 邊坡植被防護(hù)研究概況

1.1 邊坡研究背景

“十五”期間,伴隨著西部大開(kāi)發(fā)步伐的加快,我國(guó)將繼續(xù)加大公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。在鐵路、公路、水電等工程建設(shè)中,經(jīng)常要開(kāi)挖大量邊坡,破壞了原有的植被覆蓋層,導(dǎo)致出現(xiàn)大量的次生裸地,產(chǎn)生嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象,加劇了生態(tài)系統(tǒng)的退化,嚴(yán)重危及基礎(chǔ)設(shè)施的安全。這種現(xiàn)象在我國(guó)北方的黃土、南方的花崗巖風(fēng)化類紅土等生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)尤為明顯[1]。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)兼顧是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大課題,世界各國(guó)都非常重視[2]。

但目前所有植被護(hù)坡的植被選擇均較單一地采用進(jìn)口牧草或草坪植物,導(dǎo)致坡面常常出現(xiàn)黃化、裸斑、滑坡等現(xiàn)象,其抗侵蝕能力較差,并呈現(xiàn)較單一的景觀效果,植株或多或少受到冬季低溫和夏季高溫干旱的限制。因此,選擇適宜的護(hù)坡植物是目前該領(lǐng)域迫切需要解決的重大研究課題。

1.2 國(guó)內(nèi)外邊坡植被防護(hù)現(xiàn)狀

1.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀

對(duì)植被護(hù)坡侵蝕控制作用的定性研究始于 20世紀(jì) 20年代,而定量研究直到 60年代才見(jiàn)報(bào)道。近 30年來(lái),有關(guān)植被在斜坡保護(hù)中的應(yīng)用、評(píng)論和綜述越來(lái)越多。

歐美國(guó)家主要是圍繞著防止坡地免受雨水侵蝕的目的而進(jìn)行的,目前常用的護(hù)坡方法有扦插、壓條、綠籬等,主要應(yīng)用于公路邊坡的植被防護(hù)及河堤護(hù)岸,另外液壓噴播技術(shù)自 20世紀(jì) 50年代發(fā)明后至今仍還在廣泛應(yīng)用,80年代又發(fā)明了三維網(wǎng)植草護(hù)坡方法。美國(guó)弗吉夷亞大學(xué)從 1993年便致力于公路邊坡綠化的評(píng)價(jià)和管理研究,提出研究野生植物是植被護(hù)坡研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。其研究重點(diǎn)集中在品種評(píng)價(jià)和植被管理兩個(gè)方面,其目的是為生長(zhǎng)在路邊特殊生境的植物提供公正的測(cè)量體系和為保證建植持久性路邊植被的新技術(shù)或新材料[3]。

日本在植被護(hù)坡工程技術(shù)研究方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于歐美國(guó)家[4,5]。在日本植被護(hù)坡被稱為坡面綠化。二戰(zhàn)以后,日本大規(guī)模的公路建設(shè)為其現(xiàn)代坡面綠化提供了大量的機(jī)會(huì),發(fā)展至今已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史,其間已經(jīng)歷了無(wú)數(shù)的變化。從植生帶→噴射種子法→先進(jìn)的液壓噴播技術(shù)→纖維土綠化工法→高次團(tuán)粒SF綠化工法→連續(xù)纖維綠化工法,其中纖維土綠化工法、高次團(tuán)粒SF綠化工法和連續(xù)纖維綠化工法都是近 20年來(lái)日本最常用的厚層基材噴射工法。

1.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

我國(guó)在植被護(hù)坡應(yīng)用方面的研究起步較晚,20世紀(jì) 90年代以前一般多采用撒草種、穴播或溝播、鋪草皮、框格架類植草等護(hù)坡方法。1989年,廣東省水利水電科學(xué)研究所從香港引進(jìn)噴播機(jī),開(kāi)始在華南地區(qū)進(jìn)行液壓噴播試驗(yàn)。1990年～1991年,中國(guó)黃土高原治山技術(shù)培訓(xùn)中心與日本合作在黃土高原首次進(jìn)行了液壓噴播試驗(yàn)研究。此后,經(jīng)過(guò) 10年左右的發(fā)展完善,液壓噴播技術(shù)已廣泛應(yīng)用于我國(guó)華南、華中、華東等溫暖濕潤(rùn)地區(qū)的公路、鐵路及堤壩、路堤工程的植被防護(hù)。1993年我國(guó)引進(jìn)土工網(wǎng)植草護(hù)坡技術(shù),隨后土木工程界與塑料制品生產(chǎn)廠家合作,開(kāi)發(fā)研制出了各式各樣的土工網(wǎng)產(chǎn)品,并在公路、鐵路、水利等工程的邊坡中陸續(xù)獲得應(yīng)用。對(duì)于土質(zhì)邊坡、水熱條件較好的邊坡植被恢復(fù)技術(shù)已基本解決。從 1999年開(kāi)始,四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、西南交通大學(xué)和國(guó)內(nèi)一些生態(tài)環(huán)境公司展開(kāi)了對(duì)巖石邊坡厚層基材噴射技術(shù)和施工工藝的合作研究。在借鑒日本植被護(hù)坡技術(shù)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)兩年多的研究推出了適合我國(guó)國(guó)情的厚層基材噴射植被護(hù)坡技術(shù)。該技術(shù)在近 4年的研究應(yīng)用中,已在全國(guó)推廣約 50萬(wàn) m2,涉及四川、山東、大連、浙江、廣東、云南等省區(qū)。目前對(duì)邊坡的穩(wěn)定支付和厚層基材配方研究雖已基本成熟,但至今無(wú)人涉足巖石邊坡植被護(hù)坡植物方面的研究,尤其是野生植物的研究與開(kāi)發(fā)。野生巖生植物能直接生長(zhǎng)在陡峭巖石、漿砌片石上,在坡面上所具有的抗旱、耐瘩薄性、抗病性是其他所有草種所不能比擬的。篩選適宜的坡面植物是目前植被護(hù)坡研究所必須正視和盡快解決的課題,目前植被護(hù)坡技術(shù)難題已經(jīng)鎖定在“護(hù)坡植物”選擇上。

2 護(hù)坡存在的主要問(wèn)題及解決途徑

2.1 主要問(wèn)題

在邊坡綠化設(shè)計(jì)中,一個(gè)核心問(wèn)題便是植物種類的選擇[10]。一般而言,我國(guó)的土質(zhì)邊坡具有土壤瘠薄、土壤板結(jié)、坡度較大的特點(diǎn),而石質(zhì)邊坡較土質(zhì)邊坡坡度更大,這一切都限制了對(duì)邊坡綠地的養(yǎng)護(hù)管理,決定了其極端粗放管理和低養(yǎng)護(hù)特性,也就要求邊坡植物具有抗逆性強(qiáng)、耐粗放管理的特點(diǎn)。

目前植被護(hù)坡存在的主要問(wèn)題有以下幾個(gè)方面:

1)由于在植被恢復(fù)的初期,草本對(duì)邊坡的適應(yīng)性往往優(yōu)于喬灌木,因而采用單一或者混合草種的情況多于采用喬灌木;

2)栽植草本植物時(shí),過(guò)多地引進(jìn)國(guó)外草種,對(duì)于鄉(xiāng)土草種的選擇利用與開(kāi)發(fā)注意不夠,可能會(huì)引發(fā)新的生態(tài)問(wèn)題;

3)盡管越來(lái)越多的人關(guān)注植被護(hù)坡這一生物學(xué)途徑,其方法和原理也在世界范圍內(nèi)得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用,但是到目前為止,它還基本上處在定性的和經(jīng)驗(yàn)的發(fā)展階段,對(duì)它的理論認(rèn)識(shí)還落后于它的基于工程概念的實(shí)踐,主要體現(xiàn)在:a.缺乏專門(mén)針對(duì)公路領(lǐng)域生態(tài)環(huán)境的影響機(jī)理及其退化、演變、恢復(fù)與重建過(guò)程等系統(tǒng)的、全面的研究;b.各種生態(tài)、工程技術(shù)在公路路域中應(yīng)用的適應(yīng)性研究不夠,目前在公路邊坡植物防護(hù)方面的技術(shù)多種多樣,但是大多措施采用過(guò)程中存在一定的盲目性;c.缺乏對(duì)各種單一技術(shù)的綜合應(yīng)用集成研究;d.對(duì)路域生態(tài)工程的施工開(kāi)展較多,但對(duì)工程實(shí)施后的效果缺乏系統(tǒng)的評(píng)價(jià)分析研究。

2.2 解決途徑

植被護(hù)坡是涉及巖土工程、恢復(fù)生態(tài)學(xué)、植物學(xué)、土壤肥料學(xué)等多學(xué)科于一體的綜合工程技術(shù),因此對(duì)植被護(hù)坡理論的研究應(yīng)注重多學(xué)科交叉滲透,全面分析揭示護(hù)坡機(jī)理。根據(jù)邊坡的地形地質(zhì)條件,選擇合適的植被類型,可以揚(yáng)長(zhǎng)避短,充分發(fā)揮植被固坡的積極作用。目前大多數(shù)研究多限于無(wú)植被邊坡,而對(duì)植被作用下的邊坡穩(wěn)定分析相對(duì)較少,有關(guān)植被根系在土體中的空間生長(zhǎng)狀態(tài)、根—土相互作用機(jī)理、不同形態(tài)根系與土壤相互作用力學(xué)模型、根—土復(fù)合體護(hù)坡機(jī)理、不同根系材料對(duì)復(fù)合體強(qiáng)度的影響以及邊坡穩(wěn)定性等理論研究還有待于深入[13]。除此之外,對(duì)植被護(hù)坡的恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論研究、優(yōu)良護(hù)坡植物的品種選育及組合應(yīng)用等方面都需要進(jìn)一步的定量化研究。

3 植被護(hù)坡的發(fā)展趨勢(shì)

目前植被護(hù)坡的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[14,15]:

1)工程防護(hù)與植被防護(hù)的有機(jī)結(jié)合,建立既穩(wěn)固又有生態(tài)效應(yīng)的防護(hù)結(jié)構(gòu)體系;

2)綜合考慮草、灌、花、喬等多種類植物,形成優(yōu)美、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定的景觀,在邊坡植被防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)所選植物除考慮景觀效果外兼顧經(jīng)濟(jì)效益;

3)進(jìn)一步加強(qiáng)選擇適應(yīng)于植被護(hù)坡的植物品種與品種組合,特別是鄉(xiāng)土植物品種,對(duì)其進(jìn)行適應(yīng)性培育與品種改良;

4)進(jìn)一步加強(qiáng)植被護(hù)坡的理論研究;

5)加強(qiáng)植被護(hù)坡的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化研究[16]。在此方面,我國(guó)雖進(jìn)行了某些探索或跟蹤研究,但總體上目前仍處于起步階段。因此,結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況,對(duì)國(guó)內(nèi)外的邊坡生態(tài)防護(hù)方法進(jìn)行研究總結(jié)并對(duì)植物的選擇進(jìn)行探討,必將促進(jìn)我國(guó)的邊坡生態(tài)防護(hù)事業(yè),具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。

[1]王白蓀,彭少麟.植被生態(tài)學(xué)[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1997:286-287.

[2]李 西.應(yīng)用于植被護(hù)坡兩種巖生植物土壤植被系統(tǒng)(SVS)研究[D].成都:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.

[3]J.N.Booze-Daniels,R.E.SehlMidt.Evaluation and management of turf grass on Virginia roadsides.1993-1998.

[4]倉(cāng)田益二郎.綠化工程技術(shù)[M].顧寶衡,譯.成都:成都科技大學(xué)出版社,1983:20-23.

[5]安保昭.坡面綠化施工[M].周慶桐,譯.北京:人民交通出版社,1998:46-57,106-109,134-142.

[6]周德培,張俊云.植被護(hù)坡工程技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2003.

[7]席嘉賓.高等級(jí)公路邊坡牧草綠化混播試驗(yàn)的研究[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997,32(3):271-272.

[8]劉世同,陳志一.公路植草護(hù)坡草種及草種組合研究[J].華東公路,1998(1):68-71.

[9]劉建寧,高洪文.山西太舊高速公路邊坡綠化種草技術(shù)研究[J].中國(guó)草地,1996(6):23-26.

[10]石東揚(yáng),熊忠臣,王瑞雄.高速公路邊坡的綠化研究[J].中國(guó)園林,2001(3):11-12.

[11]交通部.公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[12]Gray D H,Sotir B R.Biotechnical and Soil Bioengineering,Slope Stabilization,A Practical Guide for Erosion Control New York:John Wiley＆Sons,1996.

[13]朱海麗,毛小青,倪三川,等.植被護(hù)坡研究進(jìn)展與展望[J].中國(guó)水土保持,2007(4):26-29.

[14]方 華,林建平.植被護(hù)坡的現(xiàn)狀和展望[J].水土保持研究,2004,11(3):283-285.

[15]丁國(guó)建,蔡茂來(lái).高等級(jí)公路植被護(hù)坡工程技術(shù)發(fā)展初探[J].浙江林業(yè)科技,2004,24(4):65-66.

[16]周慶桐.坡面綠化施工法[M].北京:人民交通出版社,1988.